Pemesinan Presisi adalah proses penghilangan material dari benda kerja selama proses penyelesaian dengan toleransi yang ketat. Mesin presisi memiliki banyak jenis, termasuk penggilingan, pembubutan, dan pemesinan pelepasan listrik. Mesin presisi saat ini umumnya dikontrol menggunakan Kontrol Numerik Komputer (CNC).
Hampir semua produk logam menggunakan pemesinan presisi, begitu pula banyak material lain seperti plastik dan kayu. Mesin-mesin ini dioperasikan oleh ahli mesin yang terlatih dan ahli. Agar alat potong dapat berfungsi dengan baik, alat tersebut harus digerakkan ke arah yang ditentukan untuk menghasilkan potongan yang tepat. Gerakan utama ini disebut "kecepatan potong". Benda kerja juga dapat digerakkan, yang dikenal sebagai gerakan sekunder "umpan". Bersama-sama, gerakan-gerakan ini dan ketajaman alat potong memungkinkan mesin presisi untuk beroperasi.
Pemesinan presisi berkualitas tinggi membutuhkan kemampuan untuk mengikuti cetak biru yang sangat spesifik yang dibuat oleh program CAD (desain berbantuan komputer) atau CAM (manufaktur berbantuan komputer) seperti AutoCAD dan TurboCAD. Perangkat lunak ini dapat membantu menghasilkan diagram atau garis besar 3 dimensi yang kompleks yang dibutuhkan untuk memproduksi suatu alat, mesin, atau objek. Cetak biru ini harus dipatuhi dengan sangat detail untuk memastikan integritas produk tetap terjaga. Meskipun sebagian besar perusahaan pemesinan presisi menggunakan beberapa bentuk program CAD/CAM, mereka masih sering menggunakan sketsa gambar tangan pada tahap awal desain.
Pemesinan presisi digunakan pada sejumlah material, termasuk baja, perunggu, grafit, kaca, dan plastik. Tergantung pada ukuran proyek dan material yang akan digunakan, berbagai alat pemesinan presisi akan digunakan. Kombinasi mesin bubut, mesin frais, mesin bor tekan, gergaji dan gerinda, bahkan robotika berkecepatan tinggi dapat digunakan. Industri kedirgantaraan dapat menggunakan pemesinan berkecepatan tinggi, sementara industri pembuatan perkakas kayu dapat menggunakan proses etsa dan frais fotokimia. Proses produksi, atau kuantitas tertentu dari suatu barang, dapat mencapai ribuan, atau bahkan beberapa. Pemesinan presisi seringkali memerlukan pemrograman perangkat CNC yang berarti perangkat tersebut dikontrol secara numerik oleh komputer. Perangkat CNC memungkinkan dimensi yang tepat untuk diikuti di seluruh proses produksi suatu produk.
Penggilingan adalah proses pemesinan yang menggunakan pemotong putar untuk menghilangkan material dari benda kerja dengan memajukan (atau mengumpankan) pemotong ke dalam benda kerja pada arah tertentu. Pemotong juga dapat dipegang pada sudut relatif terhadap sumbu pahat. Penggilingan mencakup berbagai macam operasi dan mesin, mulai dari skala komponen individual kecil hingga operasi penggilingan berkelompok besar dan berat. Proses ini merupakan salah satu proses yang paling umum digunakan untuk pemesinan komponen khusus dengan toleransi presisi.
Penggilingan dapat dilakukan dengan berbagai macam mesin perkakas. Jenis mesin perkakas asli untuk penggilingan adalah mesin penggiling (sering disebut mesin frais). Setelah munculnya kontrol numerik komputer (CNC), mesin penggilingan berkembang menjadi pusat permesinan: mesin penggilingan yang dilengkapi dengan pengubah pahat otomatis, magasin atau karusel pahat, kemampuan CNC, sistem pendingin, dan penutup. Pusat penggilingan umumnya diklasifikasikan sebagai pusat permesinan vertikal (VMC) atau pusat permesinan horizontal (HMC).
Integrasi penggilingan ke dalam lingkungan pembubutan, dan sebaliknya, dimulai dengan perkakas hidup untuk mesin bubut dan penggunaan mesin frais sesekali untuk operasi pembubutan. Hal ini menghasilkan kelas mesin perkakas baru, yaitu mesin multitugas (MTM), yang dirancang khusus untuk memfasilitasi penggilingan dan pembubutan dalam lingkup kerja yang sama.
Bagi para insinyur desain, tim R&D, dan produsen yang bergantung pada pengadaan komponen, pemesinan CNC presisi memungkinkan pembuatan komponen yang kompleks tanpa pemrosesan tambahan. Bahkan, pemesinan CNC presisi seringkali memungkinkan komponen jadi dibuat hanya dalam satu mesin.
Proses pemesinan menghilangkan material dan menggunakan beragam alat potong untuk menciptakan desain akhir suatu komponen, yang seringkali sangat rumit. Tingkat presisi ditingkatkan melalui penggunaan kontrol numerik komputer (CNC), yang digunakan untuk mengotomatiskan kontrol alat pemesinan.
Peran "CNC" dalam pemesinan presisi
Dengan menggunakan instruksi pemrograman berkode, pemesinan CNC presisi memungkinkan benda kerja dipotong dan dibentuk sesuai spesifikasi tanpa campur tangan manual oleh operator mesin.
Dengan menggunakan model desain berbantuan komputer (CAD) yang disediakan oleh pelanggan, seorang ahli mesin menggunakan perangkat lunak manufaktur berbantuan komputer (CAM) untuk membuat instruksi pemesinan komponen tersebut. Berdasarkan model CAD, perangkat lunak menentukan jalur pahat yang dibutuhkan dan menghasilkan kode pemrograman yang memberi tahu mesin:
■ Berapa RPM dan laju umpan yang benar
■ Kapan dan di mana memindahkan alat dan/atau benda kerja
■ Seberapa dalam pemotongannya
■ Kapan harus mengaplikasikan cairan pendingin
■ Faktor lain yang berhubungan dengan kecepatan, laju umpan, dan koordinasi
Pengontrol CNC kemudian menggunakan kode pemrograman untuk mengendalikan, mengotomatiskan, dan memantau pergerakan mesin.
Saat ini, CNC merupakan fitur bawaan dari berbagai peralatan, mulai dari mesin bubut, mesin frais, dan mesin router hingga mesin EDM (electrical discharge machining), laser, dan mesin pemotong plasma. Selain mengotomatiskan proses pemesinan dan meningkatkan presisi, CNC menghilangkan tugas-tugas manual dan membebaskan operator mesin untuk mengawasi beberapa mesin yang beroperasi secara bersamaan.
Selain itu, setelah alur alat dirancang dan mesin diprogram, komponen dapat dijalankan berkali-kali. Hal ini menghasilkan tingkat presisi dan pengulangan yang tinggi, yang pada gilirannya menjadikan proses ini sangat hemat biaya dan skalabel.
Bahan yang dikerjakan dengan mesin
Beberapa logam yang umum diproses antara lain aluminium, kuningan, perunggu, tembaga, baja, titanium, dan seng. Selain itu, kayu, busa, fiberglass, dan plastik seperti polipropilena juga dapat diproses.
Faktanya, hampir semua material dapat digunakan dengan pemesinan CNC presisi — tentu saja, tergantung pada aplikasi dan persyaratannya.
Beberapa keuntungan dari pemesinan CNC presisi
Untuk banyak komponen dan bagian kecil yang digunakan dalam berbagai macam produk manufaktur, pemesinan CNC presisi sering kali menjadi metode fabrikasi pilihan.
Sebagaimana hampir semua metode pemotongan dan pemesinan, setiap material memiliki perilaku yang berbeda, dan ukuran serta bentuk komponen juga memiliki dampak besar pada proses. Namun, secara umum, proses pemesinan CNC presisi menawarkan keunggulan dibandingkan metode pemesinan lainnya.
Itu karena pemesinan CNC mampu memberikan:
■ Tingkat kompleksitas bagian yang tinggi
■ Toleransi ketat, biasanya berkisar antara ±0,0002" (±0,00508 mm) hingga ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Permukaan akhir yang sangat halus, termasuk hasil akhir khusus
■ Pengulangan, bahkan pada volume tinggi
Sementara seorang juru mesin yang terampil dapat menggunakan mesin bubut manual untuk membuat komponen berkualitas dalam jumlah 10 atau 100, apa yang terjadi jika Anda membutuhkan 1.000 komponen? 10.000 komponen? 100.000 atau sejuta komponen?
Dengan pemesinan CNC presisi, Anda bisa mendapatkan skalabilitas dan kecepatan yang dibutuhkan untuk jenis produksi bervolume tinggi ini. Selain itu, pengulangan yang tinggi dari pemesinan CNC presisi memberi Anda komponen yang semuanya sama dari awal hingga akhir, berapa pun jumlah komponen yang Anda produksi.
Terdapat beberapa metode pemesinan CNC yang sangat terspesialisasi, termasuk EDM kawat (electrical discharge machining), pemesinan aditif, dan pencetakan laser 3D. Misalnya, EDM kawat menggunakan material konduktif—biasanya logam—dan pelepasan muatan listrik untuk mengikis benda kerja menjadi bentuk yang rumit.
Namun, di sini kita akan fokus pada proses penggilingan dan pembubutan — dua metode subtraktif yang tersedia secara luas dan sering digunakan untuk pemesinan CNC presisi.
Penggilingan vs. pembubutan
Penggilingan adalah proses pemesinan yang menggunakan alat potong silinder yang berputar untuk menghilangkan material dan menciptakan bentuk. Peralatan penggilingan, yang dikenal sebagai mesin penggiling atau pusat pemesinan, menghasilkan berbagai macam geometri komponen yang kompleks pada beberapa objek logam terbesar yang diolah dengan mesin.
Karakteristik penting dari proses milling adalah benda kerja tetap diam saat pahat pemotong berputar. Dengan kata lain, pada mesin milling, pahat pemotong yang berputar bergerak mengelilingi benda kerja, yang tetap diam di tempatnya pada alas.
Pembubutan adalah proses pemotongan atau pembentukan benda kerja pada peralatan yang disebut mesin bubut. Biasanya, mesin bubut memutar benda kerja pada sumbu vertikal atau horizontal, sementara pahat potong tetap (yang mungkin berputar atau tidak) bergerak sepanjang sumbu yang telah diprogram.
Alat tidak dapat secara fisik memutar komponen. Material berputar, memungkinkan alat untuk menjalankan operasi yang telah diprogram. (Namun, ada beberapa mesin bubut di mana alat berputar di sekitar kawat yang diumpankan ke spul, yang tidak dibahas di sini.)
Berbeda dengan proses pembubutan, pada proses penggilingan, benda kerja berputar. Stok komponen berputar pada spindel mesin bubut dan pahat pemotong bersentuhan dengan benda kerja.
Permesinan manual vs. CNC
Sementara mesin penggilingan dan mesin bubut tersedia dalam model manual, mesin CNC lebih cocok untuk keperluan manufaktur komponen kecil — menawarkan skalabilitas dan pengulangan untuk aplikasi yang memerlukan produksi volume tinggi dengan komponen toleransi ketat.
Selain menawarkan mesin 2-sumbu sederhana di mana pahat bergerak pada sumbu X dan Z, peralatan CNC presisi juga mencakup model multi-sumbu di mana benda kerja juga dapat bergerak. Hal ini berbeda dengan mesin bubut di mana benda kerja hanya berputar dan pahat akan bergerak untuk menciptakan geometri yang diinginkan.
Konfigurasi multi-sumbu ini memungkinkan produksi geometri yang lebih kompleks dalam satu operasi, tanpa memerlukan pekerjaan tambahan dari operator mesin. Hal ini tidak hanya memudahkan produksi komponen yang kompleks, tetapi juga mengurangi atau menghilangkan risiko kesalahan operator.
Selain itu, penggunaan cairan pendingin bertekanan tinggi dengan pemesinan CNC presisi memastikan serpihan tidak masuk ke dalam pekerjaan, bahkan saat menggunakan mesin dengan spindel berorientasi vertikal.
Mesin penggilingan CNC
Berbagai mesin penggilingan bervariasi dalam ukuran, konfigurasi sumbu, laju umpan, kecepatan pemotongan, arah umpan penggilingan, dan karakteristik lainnya.
Namun, secara umum, semua mesin CNC menggunakan spindel berputar untuk memotong material yang tidak diinginkan. Mesin ini digunakan untuk memotong logam keras seperti baja dan titanium, tetapi juga dapat digunakan untuk material seperti plastik dan aluminium.
Mesin frais CNC dirancang untuk pengulangan dan dapat digunakan untuk berbagai keperluan, mulai dari pembuatan prototipe hingga produksi volume tinggi. Mesin frais CNC presisi tinggi sering digunakan untuk pekerjaan dengan toleransi ketat seperti penggilingan cetakan dan die halus.
Meskipun penggilingan CNC dapat menghasilkan penyelesaian yang cepat, penyelesaian tanpa penggilingan menghasilkan komponen dengan tanda pahat yang terlihat. Proses ini juga dapat menghasilkan komponen dengan beberapa tepi tajam dan gerinda, sehingga proses tambahan mungkin diperlukan jika tepi dan gerinda tidak dapat diterima untuk fitur-fitur tersebut.
Tentu saja, alat penghilang gerinda yang diprogram ke dalam urutan tersebut akan menghilangkan gerinda, meskipun biasanya hanya mencapai 90% dari kebutuhan akhir, menyisakan beberapa fitur untuk penyelesaian akhir dengan tangan.
Mengenai penyelesaian permukaan, ada alat yang tidak hanya menghasilkan penyelesaian permukaan yang dapat diterima, tetapi juga penyelesaian seperti cermin pada bagian-bagian produk kerja.
Jenis-jenis mesin penggilingan CNC
Dua tipe dasar mesin penggilingan dikenal sebagai pusat permesinan vertikal dan pusat permesinan horizontal, yang perbedaan utamanya terletak pada orientasi spindel mesin.
Pusat permesinan vertikal adalah mesin penggilingan dengan sumbu spindel yang sejajar dengan arah sumbu Z. Mesin vertikal ini dapat dibagi lagi menjadi dua jenis:
■Pabrik penggilingan tempat tidur, dimana spindel bergerak sejajar dengan porosnya sendiri sementara meja bergerak tegak lurus terhadap sumbu spindel
■Turret mills, dimana spindle dalam keadaan diam dan meja digerakkan sehingga selalu tegak lurus dan sejajar dengan sumbu spindle selama operasi pemotongan
Pada pusat permesinan horizontal, sumbu spindel mesin giling sejajar dengan arah sumbu Y. Struktur horizontal membuat mesin giling ini cenderung menempati lebih banyak ruang di lantai bengkel; mesin giling ini juga umumnya lebih berat dan lebih bertenaga daripada mesin vertikal.
Penggilingan horizontal sering digunakan ketika dibutuhkan hasil akhir permukaan yang lebih baik; hal ini karena orientasi spindel membuat serpihan pemotongan jatuh secara alami dan mudah dihilangkan. (Sebagai manfaat tambahan, penghilangan serpihan yang efisien membantu meningkatkan masa pakai alat.)
Secara umum, pusat permesinan vertikal lebih umum digunakan karena sama kuatnya dengan pusat permesinan horizontal dan dapat menangani komponen yang sangat kecil. Selain itu, pusat permesinan vertikal memiliki ukuran yang lebih kecil daripada pusat permesinan horizontal.
Mesin penggilingan CNC multi-sumbu
Pusat penggilingan CNC presisi tersedia dengan beberapa sumbu. Penggilingan 3 sumbu memanfaatkan sumbu X, Y, dan Z untuk berbagai macam pekerjaan. Dengan penggilingan 4 sumbu, mesin dapat berputar pada sumbu vertikal dan horizontal serta menggerakkan benda kerja untuk memungkinkan pemesinan yang lebih kontinu.
Mesin frais 5-sumbu memiliki tiga sumbu tradisional dan dua sumbu putar tambahan, yang memungkinkan benda kerja diputar saat kepala spindel berputar mengelilinginya. Hal ini memungkinkan kelima sisi benda kerja dikerjakan tanpa perlu melepas benda kerja dan menyetel ulang mesin.
Mesin bubut CNC
Mesin bubut — juga disebut pusat putar — memiliki satu atau lebih spindel, serta sumbu X dan Z. Mesin ini digunakan untuk memutar benda kerja pada porosnya guna melakukan berbagai operasi pemotongan dan pembentukan, dengan menggunakan berbagai macam perkakas pada benda kerja.
Mesin bubut CNC, yang juga disebut mesin bubut perkakas aksi langsung, ideal untuk membuat komponen silinder atau bola yang simetris. Layaknya mesin frais CNC, mesin bubut CNC dapat menangani operasi yang lebih kecil seperti pembuatan prototipe, tetapi juga dapat diatur untuk pengulangan yang tinggi, sehingga mendukung produksi bervolume tinggi.
Mesin bubut CNC juga dapat diatur untuk produksi yang relatif bebas genggam, yang membuatnya banyak digunakan dalam industri otomotif, elektronik, kedirgantaraan, robotika, dan peralatan medis.
Cara kerja mesin bubut CNC
Pada mesin bubut CNC, batang kosong berisi material stok dimasukkan ke dalam chuck spindel mesin bubut. Chuck ini menahan benda kerja di tempatnya sementara spindel berputar. Ketika spindel mencapai kecepatan yang dibutuhkan, pahat potong stasioner akan bersentuhan dengan benda kerja untuk membuang material dan mencapai geometri yang tepat.
Mesin bubut CNC dapat melakukan berbagai operasi, seperti pengeboran, pembuatan ulir, pemboran, reaming, facing, dan pembubutan tirus. Berbagai operasi tersebut memerlukan penggantian pahat dan dapat meningkatkan biaya serta waktu penyiapan.
Setelah semua operasi pemesinan yang diperlukan selesai, komponen dipotong dari stok untuk diproses lebih lanjut, jika diperlukan. Mesin bubut CNC kemudian siap untuk mengulangi operasi, dengan sedikit atau tanpa waktu persiapan tambahan yang biasanya diperlukan.
Mesin bubut CNC juga dapat mengakomodasi berbagai pengumpan batang otomatis, yang mengurangi jumlah penanganan bahan baku manual dan memberikan keuntungan seperti berikut:
■ Mengurangi waktu dan tenaga yang dibutuhkan operator mesin
■ Mendukung barstock untuk mengurangi getaran yang dapat berdampak negatif pada presisi
■ Biarkan mesin perkakas beroperasi pada kecepatan spindel optimal
■ Minimalkan waktu pergantian
■ Mengurangi limbah material
Jenis-jenis mesin bubut CNC
Ada sejumlah jenis mesin bubut, tetapi yang paling umum adalah mesin bubut CNC 2-sumbu dan mesin bubut otomatis gaya Cina.
Kebanyakan mesin bubut CNC China menggunakan satu atau dua spindel utama ditambah satu atau dua spindel belakang (atau sekunder), dengan transfer putar bertanggung jawab atas spindel utama. Spindel utama melakukan operasi pemesinan utama, dengan bantuan bushing pemandu.
Selain itu, beberapa mesin bubut gaya Cina dilengkapi dengan kepala alat kedua yang berfungsi sebagai penggilingan CNC.
Dengan mesin bubut otomatis CNC bergaya Cina, material stok dimasukkan melalui spindel kepala geser ke dalam bushing pemandu. Hal ini memungkinkan pahat untuk memotong material lebih dekat ke titik di mana material ditopang, menjadikan mesin Cina sangat bermanfaat untuk komponen bubut yang panjang dan ramping serta untuk pemesinan mikro.
Pusat pembubutan CNC multi-sumbu dan mesin bubut bergaya Cina dapat menyelesaikan beberapa operasi pemesinan hanya dengan satu mesin. Hal ini menjadikannya pilihan yang hemat biaya untuk geometri kompleks yang biasanya memerlukan beberapa mesin atau penggantian alat menggunakan peralatan seperti mesin frais CNC tradisional.